如何利用DMA的觸發(fā)循環(huán)實現對eTMR的PWM周期計數呢？

引言

最近在一個支持客戶的項目中，客戶工程師向我提出了一個需求，希望能實現使用YTM32微控制器，對輸出的PWM信號，每30個周期觸發(fā)一次中斷，用于調整占空比，這樣便于動態(tài)調整向目標的控制量。來活了，開搞。

分析問題

一開始我能想到的實現方式，是使用軟件直接對產生PWM信號的eTMR模塊的Overflow中斷進行計數。但客戶工程師King提到，需要輸出的PWM信號頻率可能會比較高，頻繁進出eTMR的中斷會影響CPU運行控制算法的效率，希望能夠通過硬件機制實現。

eTMR的調試模式Modulization

此時，我最初想到的是利用eTMR輸出信號的調制模式（Modulization）。調試模式實際上是將相互調制的兩個輸出信號進行邏輯與，然后再輸出。此時，使用兩路PWM，一路作為載波信號，另一路作為包絡信號，控制載波信號，可以實現調輸出控制信號占空比的功能（直流電機控制算法中調整負載驅動能力的過程中就用到了類似的思路）

26.4.16 Modulation Implementation The eTMR0 and supports channel outputs modulated by eTMR1 channel 1 output. The eTMR3 supports channel outputs modulated by eTMR2 channel 1 output. Any of the 8 channels of eTMR0 and eTMR3 can be configured to support this modulation function. This function is enabled by configuring CIM_ETMROPT1[ETMR0_CHxOUTSEL] and CIM_ETMROPT1[ETMR3_CHxOUTSEL]. See ETMR0 Output Modulation Select and ETMR3 Output Modulation Select for details.

但King提到，當前使用的YTM32B1MD14芯片的四個eTMR都被他用掉了，沒有額外的eTMR可以專門用來產生載波信號（或者包絡信號）。同時，調制模式是對時間進行同步控制的，但客戶工程師明確提到，這個應用場景需要對周期數量進行控制，在PWM周期時間靈活變化的場景中，控制時長和控制數量是不等價的。因此，調制模式不適合解決這個問題。

FTM的多次重載事件

King還提到，他記得之前他用過的一家友商微控制器平臺上，就已經設計了這個功能。我一看，果不其然，確實有，對應著FTM模塊的寄存器字段FTM_CONF[LDFQ]，如圖x所示。

FTM0->CONF = FTM_CONF_LDFQ(30);/ *Allow each 32times reload opportunity interrupt * /

圖x FTM_CONF[LDFQ]字段

通過閱讀手冊原文，我明確了思路，意識到在應用中的重點可能不是中斷，而是調整占空比。這時，我想起來YTM32的手冊里也有類似的關于Loading Frequency的設計。如圖x所示。

圖x eTMR模塊的同步載入機制

其中大意是，eTMR的一些同計數相關的寄存器，同時還設計了緩沖寄存器（或稱為“影子寄存器”），包括 CHMASK、INIT、MID、MOD、CH_VAL0和CH_VAL1。當啟用eTMR后，這些寄存器的值就被鎖定了，只有在特定的時刻才會從各自對應的影子寄存器中載入新值。

這其實也是一些能夠適配高頻率計數器的高級定時器的標配設計，為了獲取更高的計數精度，計數的時鐘源的頻率有時甚至會高于驅動定時器外設數字部分工作的系統(tǒng)總線時鐘頻率，此時，通過總線設置的計數器相關寄存器的值，就需要在合適時刻，由兩個時鐘域同步后，才能生效（由影子寄存器載入到實際起作用的寄存器中）。

使用這個功能的意義還在于，留給軟件一些時間，用于先后完成多個寄存器的配置，然后在同一個時間點上，讓多個參數配置同時生效。在數字系統(tǒng)設計中，也稱之為防止“沖突冒險”，否則，某些中間狀態(tài)可能會意外觸發(fā)系統(tǒng)崩潰（例如電機控制應用場景中，在某個瞬間可能同時導通H橋的上下兩個橋臂，以至于燒掉電機的線圈導線）。

如果從當前King描述的單路PWM控制信號的應用場景上看，僅對單路PWM進行控制，不需要多路PWM協(xié)同工作的情況下，實際沒啥必要啟用這個緩沖的功能，要求硬件立即載入生效即可，這也是對軟件最干凈和友好的方式。

從手冊上的描述來看，eFTM_SYNC[LDFRQ]是同FTM_CONF[LDFQ]功能最接近的，八成是他想要的。

終極大招-使用觸發(fā)鏈

然而，我又察覺到了一種潛在的需求，或許King就是想要實現通過軟件更新PWM占空比的節(jié)奏，因此提到了使用中斷的需求（實際上經過同步多次載入事件的事件確實也能產生中斷），并且提供的樣例代碼中使用了32次同步，而我們家的eTMR在這里最多僅能配置16次同步？我覺得這事可能還有下文，說不準還需要超過32次的周期，那時，僅靠eTMR或者FTM自身的設計，也不能完全搞定了。

如此，我又想出來一個終極大招。我打算對PWM信號同時對外發(fā)出的觸發(fā)信號Trigger進行計數，不過YTM32微控制器系統(tǒng)中沒有專門對Trigger進行計數的外設模塊（我印象中，只有老東家的LPC系列微控制器上的一個偏門的外設SCT，為了管理硬件實現的狀態(tài)機模型，可以對Trigger計數并作為狀態(tài)轉換的一個判定條件），但幸運的是，YTM32中設計了一個基于大循環(huán)和小循環(huán)的DMA控制器，其中大循環(huán)就是對DMA的觸發(fā)進行計數的，我可以利用DMA的大循環(huán)計數器來實現對eTMR的DMA觸發(fā)信號計數。并且DMA的大循環(huán)（觸發(fā)循環(huán)）也有重載機制（自動繞圈計數）和中斷，并且長度可配置31比特長度，遠遠超出32次的限制，完美符合對PWM脈沖累計計數可編程的需求。

解決問題

現在，大方向已經有了，就是要確定從eTMR的Overflow事件，到DMA的大循環(huán)，能不能走出一條通路。這就需要在手冊里搜集零星的相關的描述，把所有線索串在一起。

從實現可能性從大到小，反推整個觸發(fā)鏈：先要確認DMA控制器（DMAMUX）能夠捕獲到來自eTMR的觸發(fā)信號，然后在eTMR中確認eTMR的觸發(fā)信號能否同PWM的一次輸出周期關聯起來，最后再查閱如何配置eTMR產生對應的觸發(fā)信號。這三個環(huán)節(jié)環(huán)環(huán)相扣，如果連不上，這事可能也就搞不成了。小心翼翼。。。

確認DMAMUX中的eTMR相關觸發(fā)源

在DMA章節(jié)中，查閱關于DMAMUX的表項，它是芯片系統(tǒng)集成過程中列寫的，每款芯片的DMAMUX表項都不一樣，因此需要具體去查。如圖x所示。

圖x DMAMUX中關于eTMR的觸發(fā)源

看到表中的內容，我差一點淚流滿面，這真是誠意滿滿啊。這里要注意，此處DMAMUX能捕獲的觸發(fā)信號不是十分規(guī)整的，eTMR1和eTMR2包含的8個通道，每個通道是可以獨占一個DMA觸發(fā)通道的，而eTMR0和eTMR3就只能各自定時器的所有通道共享一個DMA觸發(fā)通道。在本例中，將使用eTMR0的這個共享的觸發(fā)通道進行說明。為什么選用這個通道呢？一方面是因為獨占觸發(fā)通道的用例更簡單，另一方面，是因為客戶工程師King那邊現在用的就是eTMR0的CH2，如此調下來的用例可以在他的板子上驗證。

OK，這里已經確認了，DMA是可以接收來自eTMR的觸發(fā)信號。接下來就要看eTMR是如何產生這個觸發(fā)信號了。

eTMR產生觸發(fā)信號

查閱手冊中關于eTMR的章節(jié)，在關于DMA的功能介紹中，有如下內容：

26.4.19 DMA All eTMRs support DMA, this function is enabled by setting CH_CTRL[DMAEN]=1. The DMA request is generated when STS[CHxF]=1. The DMA request is cleared by clearing STS[CHxF]. The DMA priority is higher than the interrupt.

這段內容是說，通過配置eTMR_CHn_CTRL[DMAEN]=1，就能啟用產生DMA觸發(fā)的功能，相當于是把eTMR到DMAMUX的信號通路打開了，允許eTMR發(fā)出DMA觸發(fā)信號（Request）。當eTMR通道的計數匹配事件產生后，eTMR_STS[CHxF]標志位置1，就會產生一個DMA的觸發(fā)（原本也可以產生一個中斷）。但這個標志位應該是需要被清零，才能捕獲到下次觸發(fā)。這里又說DMA的優(yōu)先級高于中斷，估計大概率不會需要通過中斷服務程序清零了。一種可能的情況是，DMA捕獲到來自外設的觸發(fā)信號后，向外設回發(fā)的應答信號，可以用來作為硬件清零CHxF標志位的操作。

但進一步理解下，這里還要注意，不能直接用eTMR的計數器溢出事件觸發(fā)，而必須通過一個通道的事件觸發(fā)。因此為了產生DMA的觸發(fā)信號，還需要再啟用一個eTMR通道。這個問題不大，單從具體的應用場景看，反正是要產生PWM信號的，直接用這個輸出PWM波形的通道觸發(fā)DMA，也是可行的。有一些資深的玩家可能要提問了，那有沒有可能僅用定時器觸發(fā)DMA呢？比如要使用固定周期的DMA向UART引擎送數，向總線上發(fā)送心跳數據包。答案是，沒有。目前在YTM32B1MD微控制器的DMAMUX中，入選的定時器只有eTMR，（其他例如TMR、LPTMR、pTMR等尚未入選），而使用eTMR則不得不通過一個eTMR通道才能產生DMA觸發(fā)。但是，YTM32微控制器平臺上還涉及了另一個同觸發(fā)相關的外設TMU（Trigger Mux Module），其中收納了pTMR，也能發(fā)揮一定的聯動作用）

軟件

編寫本例的軟件工程源代碼，編譯，下載，調試，可以正常觸發(fā)DMA中斷，說明已經搭建起觸發(fā)鏈，按照預期方式工作。

但在調試過程中出現一點小插曲。我在樣例工程中設定eTMR的PWM的頻率是100Hz，指定DMA捕獲到1000次PWM的觸發(fā)信號后觸發(fā)一次中斷。如代碼所示：

void etmr_init(void)  
{  
    /* setup counter. */  
    eTMR_CounterInit_Type etmr_init;  
    etmr_init.ClkSrc = eTMR_CounterClkSrc_BusClk;  
    etmr_init.ClkFreqHz = CLOCK_FIRC_FREQ_HZ;  
    etmr_init.StepFreqHz = CLOCK_FIRC_FREQ_HZ / 100000u; /* 100khz. */  
    etmr_init.InitVal = 0u;  
    etmr_init.MidVal  = 0u;  
    etmr_init.ModVal  = 1000; /* 100 hz for timeout. */  
    etmr_init.EnableRunningOnDebug = false;  
    etmr_init.EnableGlobalCountingBase = false;  
    eTMR_InitCounter(BOARD_ETMR_PORT, &etmr_init);  
      
    /* setup channel. */  
    eTMR_ChannelOutputCompareInit_Type etmr_chn_init;  
    etmr_chn_init.EnableComplementaryMode = false;  
    etmr_chn_init.EnableDoubleSwitchMode = false;  
    etmr_chn_init.InitOutputLogic = eTMR_OutputLogic_Low;  
    etmr_chn_init.EnableDma = true; /* enable to generate request to trigger the dma. */  
    etmr_chn_init.OutputCompareEventForVal0 = eTMR_OutputCompareEvent_ToOutputLogic1;  
    etmr_chn_init.OutputCompareEventForVal1 = eTMR_OutputCompareEvent_ToOutputLogic0;  
    etmr_chn_init.Val0 = 0;  
    etmr_chn_init.Val1 = 200;  
    eTMR_InitChannelOutputCompare(BOARD_ETMR_PORT, BOARD_ETMR_CHN, &etmr_chn_init);  
  
}  
  
void etmr_dma_init(void)  
{  
    /* setup dma. */  
    dma_init(1000); /* collect pwm triggers for each period. */  
  
    /* setup etmr. */  
    etmr_init();  
      
    /* start etmr counter. */  
    eTMR_StartCounter(BOARD_ETMR_PORT);  
}

預計觸發(fā)DMA中斷的時間間隔大約在10s左右，但實際上，觸發(fā)DMA中斷的周期基本上在5s，頻率差了2倍？？如圖x所示。

圖x 測量DMA的觸發(fā)時間間隔

再翻了翻手冊，總算是找到root cause了。在手冊中關于輸出比較模式的介紹中提到，每個通道配備的兩個匹配事件，都可以讓標志位CHxF置位，那也就意味著，每個PWM周期都會產生兩個觸發(fā)信號。這也就解釋了DMA中斷觸發(fā)的周期比預想中少了一半的情況。如果還想得到預定時間長度的中斷周期，就得把大循環(huán)的長度設置為雙倍！

26.4.5 Output Compare Mode When CHx_CTRL[CHMODE]=0x2, the channel x is in output compare mode. In this mode, each channel can set, clear, or toggle the output when the counter reaches the specific value defined by CH_VAL0[VAL0] and CH_VAL1[VAL1]. Configure CH_CTRL[VAL0CMP] and CH_CTRL[VAL1CMP] to select the action of the corresponding channel when the counter reaches the CH_VAL0[VAL0] and CH_VAL1[VAL1]. As shown in Figure eTMR Output Compare. The channel flag (STS[CHxF]) will be set when a compare event occurs.

總結

本例實現了一種利用DMA的大循環(huán)（觸發(fā)循環(huán)）對eTMR模塊產生PWM信號波形進行計數并產生周期中斷的功能，相對于硬件IP通過重載同步機制中設計的計數方式，本例利用對DMA觸發(fā)信號進行計數，可以實現更多數量的計數，并且具有更廣泛的普適性。

文中使用的DMA觸發(fā)計數方法，不僅僅可用于對定時器觸發(fā)信號的計數，還可用于實現對DMAMUX能夠捕獲的其他觸發(fā)信號的計數。更進一步，如果配合其他的觸發(fā)管理設備（例如Trigger Mux），形成觸發(fā)鏈，還可以進一步擴大DMA觸發(fā)計數方法的適用范圍。